Устройство для термического отжига технического углерода

Полезная модель направлена на обеспечение выхода качественного готового продукта - технического углерода в виде сажи с низкой степенью содержания углеводородов при одновременном снижении материальных и энергетических затрат на очистку. Данный технический результат достигается тем, что в устройстве для термической очистки технического углерода, содержащем реактор, включающий средства подачи и вывода технического углерода, реактор выполнен в виде винтового конвейера. Внутри камеры расположено средство подачи и вывода технического углерода, выполненное в виде винтового конвейера, причем камера соединена с источником кислородсодержащего газа. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Заявленное техническое решение относится к области химического машиностроения, в частности к средствам очистки от тяжелых углеводородов путем отжига технического углерода, получаемого различными способами, а именно технического углерода, получаемого при утилизации резино содержащих промышленных и бытовых отходов, особенно к переработке, отслуживших свой срок автопокрышек. Полезная модель может быть также использована в аналитической химии для получения сорбентов для концентрирования и анализа токсикантов в объектах окружающей среды, в производстве наполнителей эластомеров, а также в лакокрасочной промышленности для синтеза ингредиентов печатных красок, используемых в принтерах. Возможно применение настоящего технического решения в медицине для приготовления наноматериалов, используемых для доставки в клетки генетического материала и лекарственных препаратов, а также в гетерогенном катализе для получения нанесенных катализаторов гидрирования сложных органических соединений.

Ликвидация резиносодержащих отходов (в первую очередь -автопокрышек) - весьма актуальная проблема современности. Одновременно получают продукты - заменители производных нефтегазового сырья. Полученные продукты используют как непосредственно, так и после обработки - облагораживания.

Известно устройство для переработки резиносодержащих отходов, содержащее реактор термолиза (RU, 2220986, С08J 11/04, 10.01.2004). Устройство содержит узел подготовки и подачи резиносодержащих отходов, которые подвергаются термолизу. Получаемый продукт не подвергается какой-либо очистки и может содержать значительное количество примесей, негативно влияющих на его свойства,

Известно также устройство для переработки резиносодержащих отходов, содержащее реактор термолиза сжижающим агентом в псевдоожиженном слое резиновой крошки, вход которого соединен со средствами подачи резиновой крошки и сжижающего агента (RU 2006146634, С08J 11/00, 20.07.2008). Конструкция реактора в известном устройстве выполнена с возможностью подвода части тепла на нагрев резиновой крошки, что позволяет снизить температуру теплоносителя до 450°С и ниже при соприкосновении его с резиновой крошкой и уменьшить уплотнение и коксование тяжелых углеводородов.

Однако, в техническом углероде, полученном при термолизе резины в известных устройствах содержится до 10% углеводородов. Поэтому такой технический углерод для большинства производств не является готовым продуктом, а его очистка до параметров сажи требует дополнительного оборудования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящей полезной модели является устройство для термической очистки технического углерода, содержащее реактор, включающий средства подачи и вывода технического углерода (RU 2325412, С09С 1/48, 27.12.2007). В известном устройстве реализован способ получения сажи, который включает горение метана с хлором при температурах от 600°С до 700°С, и очистку углеродного продукта от хлорпроизводных бензола путем его обработки водородом, азотом или инертными газами в интервале температур от 600°С до 1100°С, и последующую обработку рафинированного продукта углекислым газом или парами воды при температуре 900°С и выше.

Известное устройство не позволяет очищать технический углеводород от примесей тяжелых углеводородов. При этом технология очистки, реализуемая в известном устройства энергоемка и требует создания специального оборудования для обработки продукта водородом, азотом или инертными газами, а также углекислым газом или парами воды.

Задачей настоящего технического решения является разработка и создание устройства для термической очистки технического углерода, обладающего улучшенными характеристиками.

В результате решения данной задачи возможно получение технического результата заключающегося в том, что обеспечивается выход качественного готового продукта - технического углерода в виде сажи с низкой степенью содержания углеводородов при одновременном снижении материальных и энергетических затрат на очистку.

Данный технический результат достигается тем, что в устройстве для термической очистки технического углерода, содержащем реактор, включающий средства подачи и вывода технического углерода, реактор выполнен в виде реакционной камеры, внутри которой расположено средство подачи и вывода технического углерода, выполненное в виде винтового конвейера, причем камера соединена с источником кислородсодержащего газа.

Отличительная особенность настоящей полезной модели заключается в том, что реактор выполнен в виде реакционной камеры, внутри которой расположено средство подачи и вывода технического углерода, выполненное в виде винтового конвейера, причем камера соединена с источником кислородсодержащего газа. В результате имеет место десорбция дымовыми газами с последующим выжиганием оставшихся тяжелых углеводородов за счет их реакции с кислородом. При этом происходит перемещение технического углерода вдоль оси реакционной камеры и его равномерная обработка кислородсодержащим газом, что существенно интенсифицирует процесс выжигания (отжига) тяжелых углеводородов за счет постоянного перемешивания технического углерода при его движения.

Кроме того, целесообразно использовать в качестве винтового конвейера шнек или спираль, которая может быть выполнена в виде пружины. Использование в качестве спирали пружины позволит обеспечить возможность выполнения реакционной камеры изогнутой формы, а также компенсировать несоосность расположения реакционной камеры и сприали.

На рис.1 приведена общая схема устройства для термической очистки технического углерода, на рис.2 приведен разрез А-А на рис.1.

Устройство для термической очистки технического углерода, содержит реактор, включающий средства подачи и вывода технического углерода. Реактор выполнен в виде реакционной камеры 1, внутри которой расположено средство подачи и вывода технического углерода, выполненное в виде винтового конвейера 2. Камера 1 соединена с источником 3 кислородсодержащего газа. Подача исходного сырья технического углерода в реакционную камеру 1 осуществлена из бункера 4 посредством любого известного средства 5, например, в виде шнекового или шестеренчатого или ленточного транспортера (и т.п.). Источник 3 кислородсодержащего газа может быть снабжен нагревателем 6 для повышения температуры кислорода и запуска процесса выжигания (отжига) углеводородов на начальном этапе функционирования устройства. При эксплуатации устройства в штатном режиме нагреватель 6 следует отключить, поскольку процесс взаимодействия углеводородов с кислородом происходит с выделением тепла. Выход обработанного (очищенного) технического углерода из реакционной камеры 1 осуществлен посредством любого известного узла 7, например, в виде шнекового или шестеренчатого или ленточного транспортера (и т.п.). Узел 7 может быть соединен с рукавным или иным фильтром (на чертеже не показан) для очистки технического углерода от твердых примесей, образующихся результате процесса отжига. Средство 5 и узел 7 могут быть также снабжены шлюзовыми устройствами и дозаторами (на чертежах не показаны). Вывод дымовых газов - продуктов реакции углеводородов и кислорода совместно с десорбированными углеводородами посредством любого известного средства 8, предназначенного для соответствующих целей - фильтры, дымовые трубы и пр. Естественно, что все узлы и элементы устройства по настоящему техническому решению снабжаются различного рода датчиками и регуляторами (на чертеже не показаны), которые подключены к блоку управления, например на базе ПК (персональный компьютер). К таким элементам управления относятся в частности, термопары, устанавливаемые вдоль реакционной камеры и на ее входе выходе, датчики давления кислородсодержащего газа и пр. и т.п.

Устройство для термической очистки технического углерода по настоящему техническому решению функционирует следующим образом. Из бункера 4 исходный технический углерод посредством средства 5 подается в реакционную камеру 1, в которой частицы технического углерода начинают перемещаться вдоль камеры 1 за счет винтового конвейера 2 от начала камеры 1 к ее концу. Навстречу потоку частиц технического углерода источником 3 подается кислородсодержащий газ, в качестве которого можно использовать воздух. На начальном этапе воздух подогревается нагревателем 6 до заданной температуры выжигания. После чего нагреватель может быть или отключен или функционировать в режиме поддержания оптимальной температуры процесса десорбции и выжигания, например при несанкционированных резких изменениях скорости подачи (расхода) технического углерода и/или кислородсодержащего газа. Возможность подачи кислородсодержащего газа и перемещения частиц технического углерода в режиме противотока при минимальном гидравлическом сопротивлении обеспечивается в частности за счет установки винтового конвейера 2 в камере 1 с зазором, так как показано на рис.2. Очевидно, что при площади проходного сечения камеры 1, превышающей площадь поперечного сечения винтового конвейера в виде шнека, например более чем на 5%, затраты на прокачку кислородсодержащего газа значительно сократятся. Если в качестве винтового конвейера использовать спираль, то превышение площади поперечного сечения камеры над площадью поперечного сечения спирали будут еще выше, а, следовательно, и ниже гидравлическое сопротивление тракта в целом, несмотря на режим противотока, при котором происходи взаимодействие углеводородов и кислорода.

Для улучшения тепло - массообмена между газом и твердым реагентом (техническим углеродом) на движителе - спирали можно установить ворошители. Например так, как показано на рисунке 3.

9 - ворошители;

10 - сварной шов.

Ворошители, например, в виде шайбы 9 крепятся к спирали (например, сваркой 10); и располагаются вдоль спирали вразброс, так, чтобы входили в транспортируемый твердый насыпной продукт в разные промежутки времени, не создавая рывков - дополнительного крутящего момента сопротивления.

Изготовление устройства по настоящей полезной модели может быть осуществлено на любом машиностроительном предприятии не требует создания каких-либо специальных технологий и разработки нового оборудования и оснастки.

1. Устройство для термической очистки технического углерода, содержащее реактор, включающий средства подачи и вывода технического углерода, отличающееся тем, что реактор выполнен в виде реакционной камеры, внутри которой расположено средство продвижения технического углерода, выполненное в виде винтового конвейера, причем камера соединена с источником кислородсодержащего газа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве винтового конвейера использован шнек.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве винтового конвейера использована спираль.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве спирали применена пружина.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что на винтовом конвейере закрепляют ворошители, например, в виде шайб.